JP2004052667A

JP2004052667A - タービン翼寿命評価方法

Info

Publication number: JP2004052667A
Application number: JP2002211257A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Takahama; 高濱　正幸
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-07-19
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】タービン動翼を破壊調査することなく余寿命を評価することができ、また、タービン動翼のクリープ破断を未然に防止することができるタービン翼寿命評価方法を提供すること。
【解決手段】タービンの内部に回転可能に軸支されたロータの周囲に固定され、翼部１０ｃおよびシュラウド部１０ａ、１０ｂを備えて構成されるタービン動翼１０のクリープ寿命を管理するタービン翼寿命評価方法であって、前記タービン動翼１０のクリープ伸びＬ３を計測して余寿命を評価することを特徴とする。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガスタービン等に使用されるタービン翼寿命評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、タービンに備えられているタービン動翼においては、このタービンが回転すると、高温ガス雰囲気中で遠心力を受けて回転することにより、長時間使用後にはクリープによる伸びが発生するため、そのクリープ寿命について管理する寿命評価方法が採用されている。
従来、この種の寿命評価方法としては、長時間使用したタービン動翼を試験材料としてタービンから採取して材料試験を実施し、そのクリープ強度を測定するという方法が提案されている。
【０００３】
ガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンとを備えて構成されている（図示略）。このガスタービンによれば、圧縮機で圧縮された圧縮空気が燃焼器に供給され、別途供給されてくる燃料と混合して燃焼される。この燃焼によって発生された燃焼ガスは、タービンへと供給され、タービンに回転駆動力を発生させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のタービン翼寿命評価方法においては、長時間使用後のタービン動翼を採取して材料試験を行うことにより、タービン動翼が余寿命を有しているか否かにかかわらず破壊されるため、タービン動翼の使用が材料試験の実施までに限られるという問題があった。
また、材料試験を行う前にタービン動翼がクリープ破断に至った場合、そのタービン動翼の破片によってタービンの下流側に位置するタービン静翼、ボイラ等が破損あるいは破壊するという問題があった。
【０００５】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、タービン動翼を破壊調査することなく余寿命を評価することができ、また、タービン動翼のクリープ破断を未然に防止することができるタービン翼寿命評価方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
請求項１に係る発明は、タービンの内部に回転可能に軸支されたロータの周囲に固定され、翼部およびシュラウド部を備えて構成されるタービン動翼のクリープ寿命を管理するタービン翼寿命評価方法であって、前記タービン動翼のクリープ伸びを計測して余寿命を評価することを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、ロータに固定されたままタービン動翼のクリープ伸びを計測して余寿命を評価するため、材料試験を行って破壊調査することにより余寿命を評価する必要がない。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１記載のタービン翼寿命評価方法であって、前記タービン動翼の外側に備えられた前記シュラウド部のクリープ伸びを計測して余寿命を評価することを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、タービン動翼でクリープ変形を顕著に確認することができるシュラウド部のクリープ伸びを計測して余寿命を評価するため、タービン動翼全体の余寿命を評価する必要がない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、この発明はこれらの図に限定されるものではない。
この実施の形態のタービン動翼は、図示を省略するが、圧縮機と燃焼器とタービンで構成されるガスタービンにおける、タービンの一部を構成する部品である。すなわち、タービンの内部には、ロータが回転可能に軸支され、このロータの周囲に、複数枚のタービン動翼が固定されている。このタービンは、燃焼器で発生させた燃焼ガスをその燃焼ガス流路に導入して膨張させるとともに、各タービン動翼に吹き付けてロータを回転させることで、燃焼ガスの熱エネルギーを機械的な回転エネルギーに変換して動力を発生させるものである。
【００１１】
図１は、この発明におけるタービン翼寿命評価方法の評価対象となるタービン動翼の一実施の形態を示す図である。
図１において、符号１０は、この実施の形態のタービン動翼である。
タービン動翼１０は、図示しないロータ側に固定される内側シュラウド１０ａと、その内側シュラウド１０ａとの間に燃焼ガス流路を形成する外側シュラウド１０ｂと、これら内側シュラウド１０ａ及び外側シュラウド１０ｂ間に形成される翼部１０ｃとを備えて構成されている。なお、符号ＣＬは、タービン動翼１０の幅方向中央位置における中心軸線を示している。
【００１２】
図１及び図２に示す符号２０は、このタービン動翼１０のクリープ伸び歪を測定するタービン動翼クリープ伸び歪測定装置である。
タービン動翼クリープ伸び歪測定装置２０は、タービン動翼１０の内側シュラウド１０ａに取付けられる第１固定端２１と、外側シュラウド１０ｂに取付けられる第２固定端２２と、これら第１固定端２１及び第２固定端２２間を連結し、これら第１固定端２１及び第２固定端２２間の間隔を狭める方向に付勢する連結部２３と、第１固定端２１及び第２固定端２２間における間隔寸法Ｌを測定するダイヤルゲージ２４を備えて概略構成されている。
【００１３】
第１固定端２１は、側面視して略Ｌ字形をなす金属部品であり、内側シュラウド１０ａの下流側端部に合致する形状の接合面を有している。
第２固定端２２は、側面視して略Ｌ字形をなす金属部品であり、外側シュラウド１０ｂの下流側端部に合致する形状の接合面を有している。符号２２ａは、調整ボルトであり、第２固定端２２に対して図１の紙面左右方向に位置調整をすることができるようになっている。そして、この調整ボルト２２ａを、必要に応じて位置調整をすることで、タービン動翼１０の中心軸線ＣＬに対し、タービン動翼クリープ伸び歪測定装置２０の軸線２０ａを平行に合わせることができる。これにより、多様な形状のタービン動翼１０に幅広く対応することが可能となっている。
【００１４】
連結部２３は、第１固定端２１が一端に固定された第１ロッド３１と、その第１ロッド３１の他端に対して同軸に接続されるとともに、第２固定端２２が端部に固定された第２ロッド３２とを備えて構成されている。
図３に示すように、第１ロッド３１の、第２ロッド３２に対する接続部分には、軸線２０ａ方向に深い凹所３１ａが形成されており、この凹所３１内には、一対のリニアブシュ３１ｂ、３１ｃと、カラー３１ｄが収容されている。リニアブシュ３１ｂ、３１ｃは、ともに円筒形状の部品であり、互いに所定間隔をおいて、凹所３１ａ内に固定されている。カラー３１ｄも、円筒形状の部品であり、リニアブシュ３１ｂの下に配置されている。
【００１５】
一方、第２ロッド３２の、第１ロッド３１に対する接続部分には、軸線２０ａ方向に深い凹所３２ａが形成されている。この凹所３２ａ内には、第１ロッド３１の接続部分が同軸かつスライド可能に嵌め込まれており、連結部２３の全長が伸縮可能となっている。
さらに、第２ロッド３２の接続部分には、凹所３１ａ内に挿入されるシャフト３２ｂが固定されている。このシャフト３２ｂは、リニアブシュ３１ｂ、３１ｃとカラー３１ｄに挿通されており、軸船２０ａ方向における第１ロッド３１に対する第２ロッド３２のスライド動作をスムーズにガイドするようになっている。
【００１６】
シャフト３２ｂの末端は、付勢部材である圧縮バネ３２ｃに挿通されている。この圧縮バネ３２ｃの一端側は、カラー３１ｄの下端に当接し、他端側は、シャフト３２ｂの末端に形成されたバネ止め３２ｂ１に当接している。したがって、第１ロッド３１及び第２ロッド３２は、圧縮バネ３２ｃによって互いに接近する方向に付勢されている。
【００１７】
ダイヤルゲージ２４は、図３に示すように、第２ロッド３２側に固定されたダイヤルゲージ本体２４ａと、第１ロッド３１側に固定され、ダイヤルゲージ本体２４ａの針２４ａ１が当接する当接部２４ｂとを備えて構成されている。
ダイヤルゲージ本体２４ａは、第１ロッド３１及び第２ロッド３２間が伸縮する際に、その針２４ａ１が当接部２４ｂに当たって伸縮することで、第１固定端２１及び第２固定端２２間における間隔寸法Ｌを正確に測定することができるようになっている。
なお、ダイヤルゲージ本体２４ａとしては、絶対値である間隔寸法Ｌを求める形式のものの他に、所定の基準寸法（例えば、初期条件における間隔寸法Ｌ）に対する寸法変化（差分）を測定する形式のものを採用してもよい。
【００１８】
次に、上記の構成からなるタービン動翼クリープ伸び歪測定装置２０を用いてタービン動翼１０を評価するタービン翼寿命評価方法について説明する。
まず、初期状態のタービン動翼１０について、タービン動翼寸法Ｌ１を計測する。
すなわち、タービン動翼１０の内側シュラウド１０ａ側に第１固定端２１を係止させ、第１ロッド３１及び第２ロッド３２間を、圧縮バネ３２ｃの付勢力に対抗して伸展させながら、外側シュラウド１０ｂ側に第２固定端２２を係止させる。すると、圧縮バネ３２ｃが、これら第１固定端２１及び第２固定端２２間の間隔を狭めて最短距離となるように自動的に設定することによって、ダイヤルゲージ本体２４ａが、自動的に正確なタービン動翼寸法Ｌ１を指し示すこととなる。タービン動翼寸法Ｌ１の計測後、タービン動翼クリープ伸び歪測定装置２０をタービン動翼１０から取り外しておく。
【００１９】
次に、タービン動翼１０を所定時間稼働し、その後のタービン動翼１０について、タービン動翼寸法Ｌ２を計測する。計測方法については、上記と同様の方法で行うことによって、正確なタービン動翼寸法Ｌ２を得る。
タービン動翼１０のタービン動翼寸法Ｌ２の計測が終了した後、タービン動翼クリープ伸び歪測定装置２０をタービン動翼１０から取り外しておく。
先の初期状態におけるタービン動翼寸法Ｌ１と、所定時間稼働後におけるタービン動翼寸法Ｌ２の差を求めることによって、所定時間稼働した後のクリープ伸びＬ３＝Ｌ２−Ｌ１を正確に求めることができる。
なお、外側シュラウド１０ｂの計測点は、図示しないが、シュラウド翼の付根部およびシュラウド翼の付根部から離れた外側シュラウドの内周面である。したがって、この計測によって、シュラウドがめくれ上がった量が計測され、評価されることとなる。
【００２０】
その評価方法としては、上記の計測によって得られたクリープ伸びＬ３について、寿命評価の基準として別途設定した値と比較して評価する。一般的には、タービン動翼１０のクリープ伸びＬ３から得られたクリープ伸び歪ε＝Ｌ３／Ｌ１が２％を超えると急激に強度が低下して破断するので、寿命評価の基準としてクリープ伸び歪εが２％より低い値を設定するのが好ましい。
【００２１】
上記のタービン翼寿命評価方法によれば、タービン動翼１０をロータに取付けたままそのクリープ伸びＬ３を計測して余寿命を評価するので、従来のような材料試験を行って破壊調査をすることなく余寿命を評価することができる。また、このように余寿命が評価されることにより、タービン動翼１０がクリープ破断する前にそのクリープ寿命を判断することができるので、タービン動翼１０のクリープ破断を未然に防止することができる。
【００２２】
なお、長時間稼働した後のタービン動翼１０について、長時間稼働後のタービン動翼１０の寿命評価については、外側シュラウド１０ｂに関してのみ寿命評価を行うことによって、タービン動翼１０全体に関しての寿命評価を省略することができる。
すなわち、長時間稼働した後、翼部１０ｃにクリープ伸びＬ３が生じる前に、外側シュラウド１０ｂに生じるクリープ伸びＬ４が顕著に現れるということが確認されているため、そのクリープ伸びＬ４を計測して外側シュラウド１０ｂに関する寿命評価を行うことによって、タービン動翼１０全体に関しての寿命評価とすることができる。
【００２３】
また、この場合の外側シュラウド１０ｂの寿命評価方法については、例えば上記と同様のタービン動翼伸び歪測定装置２０を使用し、初期状態と所定時間稼働後のそれぞれについての外側シュラウド１０ｂの寸法を測定することによって寿命評価すればよいが、この寿命評価に使用する装置に関しては、このタービン動翼伸び歪測定装置２０に限られるものではなく、外側シュラウド１０ｂの寸法が測定可能な装置であればよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したこの発明のタービン翼寿命評価方法においては、以下の効果を奏する。
請求項１に係る発明によれば、ロータに取付けられたままタービン動翼のクリープ伸びを計測して余寿命を評価するので、従来のような材料試験を行って破壊調査をすることなく余寿命を評価することができ、また、このように余寿命が評価されることにより、タービン動翼がクリープ破断する前にそのクリープ寿命を判断することができるので、タービン動翼のクリープ破断を未然に防止することができる。
【００２５】
請求項２に係る発明によれば、タービン動翼でクリープ変形を顕著に確認することができるシュラウド部のクリープ伸びを計測して余寿命を評価するので、タービン動翼全体の余寿命を評価することなく余寿命を評価することができる。また、このように余寿命が評価されることにより、タービン動翼がクリープ破断する前にそのクリープ寿命を判断することができるので、タービン動翼のクリープ破断を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明におけるタービン動翼クリープ伸び装置の一実施形態を示す正面図である。
【図２】この発明におけるタービン動翼クリープ伸び装置を示す正面図であって、図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図３】この発明におけるタービン動翼クリープ伸び装置の要部を示す部分拡大図である。
【符号の説明】
１０　タービン動翼
２０　タービン動翼伸び歪測定装置
２１　第１固定端
２２　第２固定端
２３　連結部
２４　ダイヤルゲージ
３１　第１ロッド
３２　第２ロッド

Claims

タービンの内部に回転可能に軸支されたロータの周囲に固定され、翼部およびシュラウド部を備えて構成されるタービン動翼のクリープ寿命を管理するタービン翼寿命評価方法であって、
前記タービン動翼のクリープ伸びを計測して余寿命を評価することを特徴とするタービン翼寿命評価方法。
請求項１記載のタービン翼寿命評価方法であって、
前記タービン動翼の外側に備えられた前記シュラウド部のクリープ伸びを計測して余寿命を評価することを特徴とするタービン翼寿命評価方法。